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相场断裂模型分步算法在ABAQUS中的实现 被引量:16
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作者 刘国威 李庆斌 左正 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1019-1030,共12页
首次基于ABAQUS平台实现相场断裂模型的分步算法,利用UMAT/VUMAT子程序接口对非线性平衡方程进行隐式/显式求解,提出位移场和相场的分步求解算法。准静态加载下的I和II型裂缝扩展问题、冲击荷载作用下的I型动态裂缝分叉和II型动态裂缝... 首次基于ABAQUS平台实现相场断裂模型的分步算法,利用UMAT/VUMAT子程序接口对非线性平衡方程进行隐式/显式求解,提出位移场和相场的分步求解算法。准静态加载下的I和II型裂缝扩展问题、冲击荷载作用下的I型动态裂缝分叉和II型动态裂缝扩展问题,计算所得结果与已有文献和试验成果基本一致,说明了方法的可靠性;同时,对岩石力学领域中的双平行翼型裂缝相交和动态裂缝三维曲面扩展等问题,也利用该方法进行模拟。计算实例表明,结构储存的较高弹性应变能是脆性材料动态裂缝分叉的主要原因,而相场断裂模型是一种能够计算包括裂缝起裂、相交、分叉和三维曲面扩展的有效断裂计算方法,借助通用有限元平台可以方便地实现其分步算法。 展开更多
关键词 岩石力学 ABAQUS UMAT/VUMAT 相场模型 分步算法 裂缝分叉
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模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法 被引量:10
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作者 李铮 郭德平 +1 位作者 周小平 王允腾 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期4711-4721,共11页
脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹:翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。... 脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹:翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通"态"基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通"态"基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。 展开更多
关键词 岩石 近场动力学 裂纹扩展 裂纹连接 裂纹分叉
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混凝土材料损伤裂纹演化过程的研究综述 被引量:9
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作者 李建涛 于江 秦拥军 《混凝土与水泥制品》 2017年第12期10-13,共4页
基于国内外混凝土材料损伤裂纹演化过程的状况和方法的研究进行了总结分析。通过运用分形几何学、声发射技术、CT扫描技术等理论和技术方法对裂纹的产生扩展演化过程进行定量、定性的描述,总结得出各种方法研究下的混凝土材料力学过程... 基于国内外混凝土材料损伤裂纹演化过程的状况和方法的研究进行了总结分析。通过运用分形几何学、声发射技术、CT扫描技术等理论和技术方法对裂纹的产生扩展演化过程进行定量、定性的描述,总结得出各种方法研究下的混凝土材料力学过程与其裂纹演化之间所存在的关系。 展开更多
关键词 裂纹演化 裂纹分叉 分形特征 声发射 CT扫描断面
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材料因素对金属疲劳裂纹扩展的影响 被引量:5
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作者 刘斌超 王秋懿 +2 位作者 杨蓉 鲁嵩嵩 鲍蕊 《航空科学技术》 2022年第3期77-85,30,共10页
先进工艺和材料的发展往往突破了经典断裂力学理论中的宏观均匀各向同性材料假设,使得当前主要关注裂尖力学参数,仅以试验数据拟合参数来考虑材料因素影响的金属材料疲劳裂纹扩展分析方法难以适用。本文首先基于课题组近年来在金属材料... 先进工艺和材料的发展往往突破了经典断裂力学理论中的宏观均匀各向同性材料假设,使得当前主要关注裂尖力学参数,仅以试验数据拟合参数来考虑材料因素影响的金属材料疲劳裂纹扩展分析方法难以适用。本文首先基于课题组近年来在金属材料疲劳裂纹扩展方面的研究,对材料因素导致的特殊疲劳裂纹扩展行为进行介绍,并对其机理进行分析和总结;然后,对当前疲劳裂纹扩展分析方法的逻辑思路进行分析,并指出相关研究的主要落脚点在于合理有效地考虑力学因素和材料因素的影响;最后,主要针对疲劳裂纹路径偏折的预测方法进行讨论,提出了一种疲劳裂纹扩展的净驱动力概念模型。本文的分析讨论有助于从力学因素与材料因素交互作用的角度来看待金属疲劳裂纹扩展问题,所得结论能够为先进工艺金属材料的疲劳裂纹扩展分析及相应结构的损伤容限分析评估提供指导。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展 裂纹偏折 裂纹分叉 材料组织 增材制造
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Tc11钛合金盘的显微组织断裂形态及断裂韧性间的关系 被引量:2
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作者 庞韵虹 周义刚 俞汉清 《金属科学与工艺》 CSCD 北大核心 1991年第2期73-78,共6页
经常规锻造、近β锻造和β锻造的Tell(Ti—6.5Al—3.5Mo—1.5Zr—0.3Si)钛合金盘获不同的显微组织,对应了不同的断裂韧性。在常规锻造的等轴组织中,虽然可以观察到穿过等轴α相的二次裂纹,但裂纹扩展路径平直,分枝少,断裂表面光滑平整,... 经常规锻造、近β锻造和β锻造的Tell(Ti—6.5Al—3.5Mo—1.5Zr—0.3Si)钛合金盘获不同的显微组织,对应了不同的断裂韧性。在常规锻造的等轴组织中,虽然可以观察到穿过等轴α相的二次裂纹,但裂纹扩展路径平直,分枝少,断裂表面光滑平整,因而断裂韧性低。近β锻造得到双态组织,由于等轴α相含量的减少,魏氏α相比例增多和形态的改变,二次裂纹增加,断裂韧性显著提高。在β锻造的网篮组织中,α条上的疲劳条带和二次裂纹明显增加,裂纹扩展路径曲折,分枝多,故断裂韧性最高。可见,显微组织影响盘件断裂韧性的主要因素在于,裂纹扩展过程中产生的裂纹分枝、疲劳条纹和二次裂纹的密度以及裂纹扩展路径的曲折程度。 展开更多
关键词 钛合金 断裂 显微组织
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应力波作用下含颗粒脆性材料裂纹扩展数值模拟 被引量:3
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作者 白象元 张永彬 钟波波 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第S2期469-473,497,共6页
运用岩石破裂过程分析软件RFPA-dynamics,对应力波作用下含颗粒脆性材料的裂纹扩展过程进行了数值模拟,分析了软硬颗粒及双向荷载对裂纹扩展的影响。结果表明:(1)软硬颗粒对裂纹扩展方式有一定影响:表现在硬颗粒模型中,裂纹水平扩展长... 运用岩石破裂过程分析软件RFPA-dynamics,对应力波作用下含颗粒脆性材料的裂纹扩展过程进行了数值模拟,分析了软硬颗粒及双向荷载对裂纹扩展的影响。结果表明:(1)软硬颗粒对裂纹扩展方式有一定影响:表现在硬颗粒模型中,裂纹水平扩展长度较长,且出现羽状结构裂纹,软颗粒模型裂纹水平扩展长度较短,未出现明显羽状裂纹,空洞模型出现裂纹绕行现象;(2)颗粒与基质弹性模量比值是影响含颗粒物的岩石材料裂纹路扩展方式的主要因素,而各自弹性模量绝对值对其影响不大;(3)双向动态荷载作用下,裂纹在分支前均会沿着初始裂缝的方向前进一段距离,不同荷载比率下试样的裂纹扩展方式不同,表现在随着荷载比率增大,裂纹分叉的角度增大,裂纹扩展距离减小。 展开更多
关键词 颗粒 动态荷载 数值模型 裂纹扩展 分叉
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MTS软件中J积分测试存在的几个问题及建议 被引量:2
7
作者 刘冬 李荣锋 +2 位作者 余立 薛欢 杜丽影 《理化检验(物理分册)》 CAS 2015年第8期535-538,共4页
MTS软件以其在断裂疲劳方面的准确方便著称,但在J积分测试上却存在着一些难以直接获得有效数据的问题。该文列举了MTS软件在处理存在裂纹扩展"负增长"、分叉和止裂等现象的阻力曲线时测试结果不准确的现象,并讨论了不同标准... MTS软件以其在断裂疲劳方面的准确方便著称,但在J积分测试上却存在着一些难以直接获得有效数据的问题。该文列举了MTS软件在处理存在裂纹扩展"负增长"、分叉和止裂等现象的阻力曲线时测试结果不准确的现象,并讨论了不同标准中钝化线斜率定义不同导致得到的断裂韧度指标无法比较的问题。最后针对MTS软件J积分测试中存在的问题给出了相应的建议和解决方法。 展开更多
关键词 MTS软件 J积分 裂纹扩展“负增长” 分叉 止裂
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几种断裂问题的分形描述 被引量:2
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作者 类维生 陈丙森 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 1994年第3期166-171,共6页
给出了临界裂纹扩展力、裂纹分叉和裂纹扩展速率的分形描述,讨论了断口分形维数测量中的有关问题。
关键词 分形维数 裂纹扩展 断裂
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动力作用下硬颗粒诱发裂缝弯曲和分叉机理研究 被引量:1
9
作者 杨岳峰 唐春安 +1 位作者 梁正召 廖志毅 《水电能源科学》 北大核心 2012年第8期94-96,219,共4页
脆性材料在动荷载作用下的裂缝弯曲和分叉行为,对深入了解材料的抗拉特性和破坏模式有着重要意义。基于损伤演化原理的有限元方法,针对脆性材料中颗粒物诱发裂缝分叉的机理展开研究,通过比较无颗粒与有颗粒两种裂缝扩展模式,分析了硬颗... 脆性材料在动荷载作用下的裂缝弯曲和分叉行为,对深入了解材料的抗拉特性和破坏模式有着重要意义。基于损伤演化原理的有限元方法,针对脆性材料中颗粒物诱发裂缝分叉的机理展开研究,通过比较无颗粒与有颗粒两种裂缝扩展模式,分析了硬颗粒对裂缝扩展模式的影响。结果显示,当颗粒物刚度较大物性较好、裂缝扩展遭遇颗粒时裂隙将沿着交界面绕行,易发生弯曲分叉,两者具有迥异的扩展模式。 展开更多
关键词 脆性材料 裂缝弯曲 裂缝分叉 颗粒
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Fe-Mo-Si-B非晶合金薄带的动态断裂行为
10
作者 甘阳 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期585-588,共4页
研究了 Fe-Mo-Si-B非晶薄带在单轴拉伸加载下的动态断裂行为发现了裂纹扩展过程中的裂纹分叉和应力波致裂现象.当裂纹尖端的应力强度因子达到临界值 KIB=35 MPa·m1/2时,发生裂纹分叉,对应的静态平面应... 研究了 Fe-Mo-Si-B非晶薄带在单轴拉伸加载下的动态断裂行为发现了裂纹扩展过程中的裂纹分叉和应力波致裂现象.当裂纹尖端的应力强度因子达到临界值 KIB=35 MPa·m1/2时,发生裂纹分叉,对应的静态平面应变断裂韧性为16 MPa·m1/2.分析认为裂纹分叉是应力波致裂发生的必要条件. 展开更多
关键词 非晶合金 动态断裂 裂纹分叉 应力波致裂
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冲击拉伸下环氧树脂试件中枝裂的动光弹研究
11
作者 郭占起 费志中 《北方交通大学学报》 CSCD 北大核心 1989年第2期118-125,共8页
本文对冲击拉伸载荷作用下、含有不同类型预制裂纹的4组环氧树脂板试件所发生的枝裂现象,进行了动光弹研究.结果表明,枝裂与载荷大小有关、与预制裂纹的类型及尺寸无关;枝裂时的临界应力强度因子 K_(Ib)=3.08MPa,最低扩展速度 c=427m/s.
关键词 环氧树脂 试件 枝裂 动光弹
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几种断裂问题的分形描述中几个问题的商榷 被引量:3
12
作者 高峰 谢和平 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 1996年第2期141-144,共4页
分形几何能够定量化地描述自然界中各类极不规则的复杂现象,在各个科学领域都得到了广泛的应用。但是人们发现许多实验产生自相矛盾的结果,于是从分形域、码尺相关性、自仿射分形、多重分形等角度进行了探讨。但是作者发现许矛盾的结... 分形几何能够定量化地描述自然界中各类极不规则的复杂现象,在各个科学领域都得到了广泛的应用。但是人们发现许多实验产生自相矛盾的结果,于是从分形域、码尺相关性、自仿射分形、多重分形等角度进行了探讨。但是作者发现许矛盾的结果来源于人们对分形及物理力学定义的简单甚至错误理解,为此就一些问题进行了较详细的阐述。 展开更多
关键词 分形 断裂韧性 临界裂纹 扩展力 裂纹分叉
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拘束对裂纹扩展过程中分叉行为的影响研究
13
作者 张旭东 王闻婕 +2 位作者 杨杰 沈鋆 陈浩峰 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期953-958,共6页
在裂纹扩展过程中,裂纹分叉行为使断裂变得更加难以预测。选择三种裂纹分叉模型为研究对象,采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法,进一步针对拘束对裂纹扩展过程中分叉行为的影响进行研究。研究结果表明:拘束对裂纹分叉行为有很大的影响,与... 在裂纹扩展过程中,裂纹分叉行为使断裂变得更加难以预测。选择三种裂纹分叉模型为研究对象,采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法,进一步针对拘束对裂纹扩展过程中分叉行为的影响进行研究。研究结果表明:拘束对裂纹分叉行为有很大的影响,与低拘束相比,高拘束下裂纹分叉现象更加明显。由机械性能和材料尺寸引起的强度失配与拘束之间的匹配是裂纹分叉的关键。当拘束引起的裂纹扩展趋势和强度失配引起的裂纹扩展趋势方向不同、大小相近且足够大时,裂纹发生分叉。 展开更多
关键词 拘束 裂纹分叉行为 裂纹扩展路径 强度失配
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基于能量释放率的Ⅱ型裂纹分叉研究 被引量:3
14
作者 多依丽 谢禹钧 +2 位作者 海军 刘明 孙麟 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2019年第1期167-174,共8页
裂纹尖端存在奇异应力场,该类奇异应力场所具有的高度应力集中将导致裂纹开裂.本文应用典型的J积分理论来划分裂纹尖端的积分路径,基于能量释放率理论对Ⅱ型裂纹尖端的复杂分叉情况进行研究.通过所建立的断裂模型求解出Ⅱ型裂纹多种分... 裂纹尖端存在奇异应力场,该类奇异应力场所具有的高度应力集中将导致裂纹开裂.本文应用典型的J积分理论来划分裂纹尖端的积分路径,基于能量释放率理论对Ⅱ型裂纹尖端的复杂分叉情况进行研究.通过所建立的断裂模型求解出Ⅱ型裂纹多种分叉形式的能量释放率的解析解;导出了各种分叉构型的能量驱动力;提出了各种分叉构型的K-型开裂准则;给出了裂纹分叉的临界开裂角;确定了裂纹的分叉韧性与断裂韧性之间的关系.通过本文研究方法得出的裂纹分叉形式及裂纹分叉临界开裂角与已有实验结果十分吻合. 展开更多
关键词 裂纹 裂纹分叉 J积分 断裂韧性 能量释放率
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TiB_2-B_4C陶瓷复合材料的微观组织和机械性能 被引量:2
15
作者 梁民宪 夏非 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1989年第3期B173-B178,共6页
研究了TiB_2/B_4C复合材料的显微组织和力学性能,发现含有20-30wt-%B_4C的TiB_2材料,强度和硬度均有显著地提高,而原有较高的K_(IC)值保持不变。TiB_2-30wt-%B_4C抗弯强度达到782MPa,维氏硬度达到26.2GPa,断裂韧性为7.2MPam^(1/2);而... 研究了TiB_2/B_4C复合材料的显微组织和力学性能,发现含有20-30wt-%B_4C的TiB_2材料,强度和硬度均有显著地提高,而原有较高的K_(IC)值保持不变。TiB_2-30wt-%B_4C抗弯强度达到782MPa,维氏硬度达到26.2GPa,断裂韧性为7.2MPam^(1/2);而单相TiB_2材料的强度、硬度和断裂韧性分别为450MPa,21GPa和7.0MPam^(1/2)。本文还对强化及裂纹扩展机理进行了探讨。 展开更多
关键词 TiB2-B4C1 陶瓷 复合材料 机械性能
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基于能量释放率的Ⅱ型裂纹开裂分析 被引量:2
16
作者 蔡永梅 张芳瑶 谢禹钧 《石油化工高等学校学报》 CAS 2015年第5期95-98,共4页
分叉开裂问题是一个新型的断裂力学问题,本文利用经典Ji-积分守恒律,对部分路径积分,分析Ⅱ型裂纹分叉开裂时能量释放率,并指出裂纹边界分叉开裂的应力强度因子与Ji-积分的关系。当裂尖奇异应力场的应力集中达到一定程度时,即达到临界... 分叉开裂问题是一个新型的断裂力学问题,本文利用经典Ji-积分守恒律,对部分路径积分,分析Ⅱ型裂纹分叉开裂时能量释放率,并指出裂纹边界分叉开裂的应力强度因子与Ji-积分的关系。当裂尖奇异应力场的应力集中达到一定程度时,即达到临界条件时,该应力场所在的边界将开裂,通过边界移动的能量释放率的分析定量地给出了边界分叉开裂能量释放率数学表征及边界开裂的极限临界载荷。 展开更多
关键词 断裂韧性 Ji-积分 裂纹分叉 应力强度因子 临界载荷
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MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF TiB_2-B_4C CERAMIC COMPOSITES
17
作者 LIANG Minxian XIA Fei Institute of Metal Research,Academia Sinica,Shenyang,China 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 1989年第12期397-402,共6页
The microstructure and mechanical properties of TiB_2 /B_4C composites have been investi- gated.It was found that both the strength and hardness for TiB_2 greatly increase with the ad- dition of 20 to 30 wt-% B_4C,and... The microstructure and mechanical properties of TiB_2 /B_4C composites have been investi- gated.It was found that both the strength and hardness for TiB_2 greatly increase with the ad- dition of 20 to 30 wt-% B_4C,and the fracture toughness K_(IC) value remaines on the original high level.The flexure strength,Vicker's hardness and fracture toughness are 782 MPa,26.2 GPa and 7.2 MPam^(1/2),respectively,for the TiB_2-30 wt-% B_4C composite,compared to 450 MPa,21 GPa and 7.0 MPam^(1/2) for monolithic TiB_2.The toughening and strengthening mechanisms,have also been discussed. 展开更多
关键词 TiB_2-B_4C composites crack tip deflection crack tip branching
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K_Ⅰ和K_Ⅱ等值条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的边翼分叉和偏折 被引量:1
18
作者 郑星宇 谢禹钧 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2018年第3期62-66,共5页
利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ等值情况下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过此方法预计的临界... 利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ等值情况下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过此方法预计的临界折裂角理论值与已有的文献中2024-T3铝合金试样实验值吻合,与En3B低碳钢和一定条件下的铝试样最大偏差为8.9%。 展开更多
关键词 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹 开裂分叉 临界边翼分叉角 折裂角
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复合型加载下裂纹疲劳扩展的两种典型
19
作者 王明娥 钱才富 徐晓丹 《南京化工大学学报》 1997年第1期18-23,共6页
不锈钢材料在复合加载条件下(Ⅰ+Ⅱ),裂纹的扩展有两种典型,即发生拐弯或分支扩展。通常当双向载荷为同向时,裂纹只改变扩展方向(拐弯),且随着二载荷比λ(=Py/Px)从0→1时,转向角β从45°→0°。当双向... 不锈钢材料在复合加载条件下(Ⅰ+Ⅱ),裂纹的扩展有两种典型,即发生拐弯或分支扩展。通常当双向载荷为同向时,裂纹只改变扩展方向(拐弯),且随着二载荷比λ(=Py/Px)从0→1时,转向角β从45°→0°。当双向载荷为反向时,λ从0→-1,裂纹只发生分支,且分支夹角始终为一定值,二分支在扩展中逐渐平行于二载荷轴。对裂纹尖端的应力强度因子KⅠ和KⅡ的计算表明,复合加载下裂纹通过拐弯或分支,使ΔKⅡ→0。拐弯或分支后的裂纹扩展速率可以用KⅠ描述。 展开更多
关键词 裂纹扩展 载荷比 疲劳 不锈钢
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